關于變頻器參數與傳送帶機構定位原理的研究

黎建軍

摘要：伺服系統是定位控制工程的首選，它最大的特點就是定位精準，但對設備的要求高，投入的資金也是巨大的。而在控制要求沒有那么苛刻，誤差在毫米級的一些工程中，采用變頻器拖動交流異步電機通過一些數據方面的處理，是完全能勝任精準定位控制的。本文重點分析了變頻器在停止對電機輸出時的特點同時還對數據處理的方法作了進一步的介紹。

關鍵詞：變頻器；頻率；斜坡；電機；精準定位

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.02.102

變頻器在運動控制中的定位一直是它的軟肋，時常也讓設計人員絞盡腦汁卻難以實現精準的定位。所以人們在大多數精準位置控制系統中不得已采用伺服系統來實現這一功能，這樣位置的控制要求絕對是達到了，但成本卻成倍的在增加。有沒有用變頻器也能實現的精準位置控制的方案呢？答案是肯定的。

1變頻器控制電機不同的停止方式的特點

（1）兩種電機停止方式的介紹。變頻器在驅動電動機運行中，最難讓人捕捉到它特點的時段是電動機停機的那段時間。這段時間，電動機一般有兩種停機方式，一種是自由慣性停機；另一種是按斜坡下降有規律的停機。前者牽涉到的因素比較多，首先是前進運動的阻力，其次還有運動物體的質量，還有停止前的運動速度等等，都會影響到該物體在變頻器沒有驅動的情況下的運動的距離。從能量的角度來看，我們可以理解為物體的動能轉化了克服阻力所移動的距離所做的功。然而運動的阻力，運動的速度都是一個不確定的參數，讓人難以捉摸，也難找到一個準確的數學模型。但后者的按斜坡下降有規律停機則可以讓設計人員比較容易找到一些規律。下面我們主要研究變頻器在斜坡下降階段電機運動距離的計算。

（2）變頻器的兩種參數的設置對電機停止運動情況的影響。在變頻器的參數設置中，有兩個重要參數，一個是斜坡上升時間，另一個是斜坡下降時間。西門子MM420的這兩個參數的默認值是10s，這意味著變頻器的在啟動電機的運行過程，速度在逐漸的增加，當10s到達后，變頻器的頻率從0Hz上升到了額定頻率50Hz（這里設置的最高頻率是50Hz），同樣的，當變頻器停止對電機的驅動時，它的頻率會從50Hz降到OHz。在變頻器輸出50Hz時，電機的運動速度是最快的，相反，當輸出頻率為0Hz時，電動機處于停止狀態。通過多次的測試，在啟動與停止的這段時間，電機的運動是很接近勻加速和勻減速運動的。運動情況與圖1相似。有了這一規律性的結論，下面的工作也就相對的簡單了。

2如何實現電機的精準定位

在電機啟動到穩定，這時電機的運轉頻率是50Hz嗎？當然不可能是這個數值，不然的話，這臺變頻電機就成了同步電機了。它的運轉頻率是要小于50Hz的，那它的數值是多少，這個數值得想辦法測試到。

（1）如何求出電機勻速運動的速度。如何測試到勻速運行速度，這不是一個難事。在電機的運動軸上加裝一個編碼器，在穩定運行時段利用定時中斷，將高速計數器的數據記錄下來，每段時間的速度保存在一段存儲空間中，在穩定運行中對這個速度數據進行濾波，滾動的求出最接近的速度數據作為定位的依據。根據圖1中所示的運動情況，畫出的流程圖如圖2-1、2-2所示。通過這種方法可以很方便的求出勻速段的平均速度。

（2）定位數據的處理。我們的準備工作已就緒，接下來要進行的是定位的數據處理。從圖1可以看出，斜坡下降階段電機所走的距離S3=1/2Vmax*T，公式中的Vmax在上一步中已求出，T為10s。如果電機要走的距離為S，變頻器停止電機后，電機還要走完這個斜坡下降的距離S3。很明顯，S1+S2=S-S3，而S1+S2的距離是可以通過編碼器測試出來的。有了前面的這些數據，電機停止的時刻就清楚了，利用求出停止運行的脈沖數，就可以在某一脈沖數時停止電機的運行。這樣就可以精準的控制設備所走的距離了。

（3）定位誤差修正的辦法。通過實際操作，在大多數情況下，上述理論能滿足精準的定位控制。有時也會出現沒有達到定位點、或超過了定位點就停下來的情況，當然此時的誤差已是很小了。最后還有一個誤差修正的辦法。用實驗法找出電機沒有到達定位點就停機的這段最大的距離，同時將此距離的數值保存在控制器（PLC或單片機）里作為一個修改誤差的參數。如果讓電機多走出這個長度，就不會出現沒有走到定位點的情況。當然有時也會造成電機要多運動一些距離而越過目標點。通過前面的數據處理，這個修改參數并不大，這樣電機運動到終點時它的運動速度也就很低，幾乎接近到0速。當電機到達目標點時，果斷地讓電機停下來。因速度極小是不會出現過沖的現象。這里可以采用機械制動的方法實現來對誤差的最小控制。

3結論

在實際采用變頻器對定位控制的項目中，雖然這種控制的效果沒有伺服驅動機構那樣精準，但它的控制效果還是非常明顯的，運行的過程也很平穩，可以達到對大多數設備的定位控制要求，是一種成本較低而控制效果理想的方案。望讀者能體會到這種控制理論的原理，并在實際項目中加以靈活應用，特別是在一些只能采用變頻器的定位控制方案中。